Ti-17合金大锻件的显微组织研究

前言 Ti-17合金是富β型α+β两相钛合金,名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr,可以用来制造航空发动机的压气机盘等厚截面构件。该合金具有良好的淬透性,淬透深度达150mm,有利于保证构件截面显微组织的均匀性。由于β稳定元素的添加量较高,Ti-17合金能够热处理强化,通过不同工艺条件的加工热处理控制其显微组织,改变和调整α与β相的形态、尺寸和分布状态,获得良好的强度与韧性匹配。 Ti-17合金的显微组织特征、相转变及其动力学已有文献报道过。本文通过Ti-17合金大锻件不同部位和不同方向上的显微组织分析研究,发现α相除了形态和尺寸的差异之外,粗大魏氏α片内还有一些交叉或平     

(α+β)变形钛合金的显微组织与热变形的关系问题

钛和钛合金在工业中的应用已有三十多年的历史了,对于钛和钛合金的研究日臻全面和深入。变形钛合金的显微组织与热变形的关系是受到普遍重视的问题之一,钛工业发达的国家都相应地在这方面进行了大量的研究工作。本文结合在这方面所进行的实际研究工作中的体会及参考有关资料对该问题作一概要的论述。     

热处理对Nb-25Ti-5Al弹性合金显微组织的影响

研究了热处理对Ｎｂ－２５Ｔｉ－５Ａｌ弹性合金显微组织的影响。试验结果表明，加工态合金，随着１ｈ热处理温度的升高，或者随着等温时效时间的增加，逐渐形成亚结构，同时合金元素在位错线上偏聚，并形成细小的析出相钉扎位错，硬化效果明显。冷加工率较大，则执处理强化效果也较大。然而再结晶态合金，在时效热处理过程中，析出的是不均匀分布的粗大析出相，无强化效果。     

热变形Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的显微组织与力学性能

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验研究热变形(锻造、轧制)Ti-45Al-7Nb-0.3W(原子分数/%,下同)合金的显微组织与力学性能。结果表明:铸态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金为近层片组织,主要由α2/γ层片晶团及分布在层片晶团周围的少量γ相和β相组成,层片晶团平均尺寸为100μm;经热包套锻造后,层片晶团发生破碎、扭折,并且室温抗拉强度较铸态提高了77MPa,800℃抗拉强度提高了36MPa;该锻态合金经热包套轧制后,合金组织转变为细小的双态组织,平均晶粒尺寸为25μm,合金力学性能进一步提高,其中室温抗拉强度提高到603MPa,伸长率为1.0%,800℃抗拉强度提高到716MPa,伸长率为3.6%。     

热处理温度对变形后TC17合金微观组织的影响

目的 研究热处理温度对变形后TC17合金微观组织演化和组织形态分布的影响。方法 对变形后网篮组织TC17合金开展热处理试验,定量分析α相球化率、体积分数随热处理温度的变化情况,采用两点相关函数表征不同热处理温度下TC17合金混合组织形态分布。结果 随着热处理温度的升高,变形后TC17合金α相球化率增大,体积分数减小。不同热处理温度下片层α相和等轴α相对应的两点相关函数曲线波动程度不同。结论 变形程度及热处理温度较低时,随着热处理温度的升高,等轴α相的分布均匀程度升高,片层α相的分布均匀程度降低。当变形程度及热处理温度较高时,随着热处理温度的升高,由于α相体积分数的迅速减小,等轴α相的分布均匀程度降低。     

加工及热处理条件对Ti-26合金组织与力学性能的影响

研究影响Ti-26合金再结晶晶粒尺寸的各种参数,包括冷轧变形量、固溶温度、固溶时间等.变形量10%左右为临界变形量,β晶粒直径随固溶温度、固溶时间增加而增大.还研究了固溶和固溶时效状的β晶粒尺寸对拉伸性能的影响以及冷加工对时效性能的影响.     

热处理温度对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织及力学性能的影响

对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头进行热处理实验,采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪等检测手段,研究不同热处理温度对焊接接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:焊态下,接头焊缝区发生再结晶,界面处为亚稳定β相组织,显微硬度低于母材,接头高周疲劳强度为345 MPa。TC17(α+β)侧热力影响区因焊接速率过快,残留了大量的初生α相。经过焊后热处理,亚稳定β相分解,焊缝析出弥散的(α+β)相。随着热处理温度的升高,细小的次生α相长大,部分发生球化。热处理后,因亚稳定β相分解,焊缝及热力影响区的显微硬度大幅度升高,接头疲劳强度平均提高65 MPa;随着热处理温度的升高,接头热力影响区的断裂韧度增加。     

α+β相区高温退火对Ti80合金板材组织与性能的影响

研究了Ti80合金板材在α+β相区较高温度退火时,退火温度与冷却方式对其组织及性能的影响。结果表明,两相区高温退火时,初生α相对温度极为敏感,随着退火温度的升高,其含量急剧下降,而次生α相含量则明显增加。随着退火温度的升高,室温强度逐渐降低,伸长率变化不明显,而冲击功则随着退火温度的升高明显增加。两种冷却方式下,Ti80合金板材冲击断裂方式均为穿晶断裂。两者相比,980℃/60 min,水冷获得了较小的初生α相,以及较薄的次生α相片层,从而导致板材强度明显升高,伸长率略有降低,而冲击功则大幅下降。     

热处理和热暴露后Ti-46Al-8Ta合金的显微组织和拉伸性能

铸造Ti-46Al-8Ta合金经过专门设计的组合热处理,实现了晶粒细化.对晶粒细化的Ti-46Al-8Ta合金开展了在700℃大气环境中的热暴露5000h的热稳定性评定.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等技术研究晶粒细化工艺以及热暴露对合金组织的影响,并进行了室温拉伸性能测试.研究发现,铸造Ti-46Al-8Ta合金经热等静压和α单相区固溶+空冷,以及随后的双相区退火能获取晶粒细小的"旋绕态"全片层组织.在700℃长期大气热暴露后,该细化组织发生明显的晶团融合、粗化,并生成出相当数量的B2(ω)和γ新相,导致屈服强度和塑性下降.     

热处理对Ti-2.5 Cu合金组织和性能的影响

Ti-2.5Cu合金是含有(w(B))2.5%Cu β共析型元素的近α型二元合金,具有可与纯钛相媲美的成型性和可焊性,有一定的热强性,使用温度可达到350℃.通过对Ti-2.5Cu合金板材进行不同退火和固溶时效制度处理后,测试其室温拉伸性能和HV值,并利用光学显微镜和透射电镜观察其组织形貌,对该合金热处理制度与组织、性能关系进行了深入、系统地研究.结果表明,Ti-2.5Cu合金最佳退火温度为(790±10)℃.为了缩短时效时间,可采用双重时效制度,一次时效400℃,8 h,空冷,二次时效475℃,8 h,达到最佳的强化效果,此时Ti2Cu粒子析出并长大到最佳尺寸100nm.     

(α+β)钛合金锻件显微组织对机械性能的影响

对于钛合金锻件,特别是两相钛合金锻件,由于热加工工艺过程的不同会得到各种各样的显微组织,而不同的显微组织又决定了锻件的机械性能。本文就TC6及TC1钛合金的显微组织对其锻件机械性能的影响进行了试验研究。     

热处理工艺及冷变形对CuNiSiCr合金组织与性能的影响

研究了引线框架用CuNiSiCr合金不同热处理工艺及冷变形量对组织与性能的影响,研究表明,新型CuNiSiCr合金在930℃保温1 h进行固溶处理,然后进行30%的冷变形,随后在510℃下进行2.5 h的时效处理,合金的硬度与导电性能达到较好的配合,能满足引线框架的技术性能要求。     

熔体过热处理对690合金显微组织的影响

用金相、扫描和透射电镜研究了690合金经1450-1550℃,5 min熔本过热处理对合金再结晶组织和显微硬度的影响。结果表明,690合金中凝固析出的TiN的体积分数和平均尺寸随着熔体过热温度的升高而降低,其形态由规则的块状转变为颗粒状。经均匀化退火后,TiN的体积分数有所增加,而平均尺寸却有所降低。再结晶退火的过程中有大量亚微米尺度的Ti(C,N)弥散析出,其析出量随着熔体过热温度的升高而增加,这些细小的Ti(C,N)粒子可以起到沉淀强化的作用,提高690合金的显微硬度。     

GH4706合金的热变形行为与显微组织演化

在Gleeble 3800热模拟试验机上进行GH4706合金的热压缩实验,研究了变形温度为900～1150℃、应变速率为0.001～1s-1范围内合金的热变形行为.结果表明:GH4706合金的真应力真应变曲线呈现出流变软化特征,随变形温度增加或应变速率减小,峰值应力逐渐降低,峰值应变逐渐减小.合金的本构关系可由双曲正弦函数描述,变形激活能为435.36kJ/mol,应力指数为4.13.合金的显微组织演化机制与Z参数密切相关,高Z值条件下主要发生动态回复,低Z值条件下主要发生动态再结晶与再结晶晶粒粗化.GH4706合金发生完全动态再结晶且不发生晶粒粗化的临界lnZ值为35.     

热处理工艺对Ti-230合金薄板组织和性能的影响

研究了不同退火温度和退火时间对Ti-230钛合金板材显微组织和力学性能的影响.测试了不同退火工艺条件下合金薄板的强度和塑性.用金相显微镜和透射电镜观察了微观组织和析出相粒子Ti2Cu的分布.实验结果表明,随着退火温度从650℃升至790℃(保温30 min),合金板材的抗拉强度从541 MPa升到580 MPa,延伸率从27.5%降到26%.在给定790℃,保温时间分别为5,15,30 min条件下退火,其强度和延伸率变化不是十分明显.从OM和TEM对组织的观察得出,随着退火温度的升高,晶粒度明显增大,晶粒等轴化程度增加,析出的Ti2Cu粒子随退火温度的升高和保温时间的延长明显减少.采用790℃,30min退火工艺,其晶粒尺寸,Ti2Cu粒子的分布及Cu在基体中的固溶度可以达到良好的匹配,使合金获得最佳的力学性能.     

热处理对近β型钛合金显微组织及力学性能的影响

研究了固溶时效处理对近β型钛合金显微组织和力学性能的影响。采用均匀设计法进行了试验设计,用二次回归法得到了热处理工艺参数与该合金强度和韧性的定性关系。金相分析结果表明,该合金固溶时效后的组织由β基体和析出的α相组成。另外经断口分析发现,其断口特征是脆性和韧性的混合断口。     

Ti-6-22-22S合金大棒的显微组织与力学性能

研究了6种热处理制度对Ti—6—22—22S合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,该合金锻态为细网篮组织,在接近相变点温度固溶并经低温时效后,得到杂乱网蓝组织 少量初生等轴α或晶界条状α的混合网篮组织,三重热处理后得到针状网篮组织。选择适当的热处理制度,可以得到较佳的综合性能。     

冷轧变形对Al-Cu-Mg合金的显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EBSD技术、透射电子显微镜和万能拉伸试验机等研究了冷轧变形对热轧态Al-Cu-Mg合金显微组织和性能的影响。显微组织观察结果表明,随着冷轧变形量的增加,合金中未溶的Al₂CuMg[Fe, Mn]相和Al₂Cu[Fe, Mn]相发生了破碎。基体中存在较多的棒状Al₂₀Cu₂Mn₃相,该相附近存在大量缠结位错,对合金产生显著强化效果。在冷轧变形量为19%时,位错密度达到最大值。同时,随着冷轧变形量的增加,S、R、Cube、Goss、Brass织构的含量也增加,〈111〉、〈110〉织构的含量降低。力学性能测试结果表明,随着冷轧变形量的增加,合金强度提高,延伸率仍保持较高水平。当冷轧变形量为11%时,合金轧向综合力学性能最佳,抗拉强度为465.0 MPa,屈服强度为291.6 MPa,延伸率为19.0%。此时,合金横向抗拉强度为469.9 MPa,屈服强度为318.0 MPa,延伸率为16.9%。     

Ti-22Al-25Nb合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊技术焊接Ti-22Al-25Nb合金,研究热处理前后焊接接头微观组织和显微硬度的变化,分析接头在650℃和750℃高温拉伸力学性能。结果表明:接头原始态焊合区由B2相和极少量残余α_2相构成,热处理后焊合区由B2相和O相构成,O相由B2相直接相变产生,相变过程无成分变化。原始态焊合区的显微硬度高于母材,780℃/3 h热处理后焊合区的显微硬度陡升,大量析出的细小O相促进硬度升高,800℃/3 h热处理后焊合区显微硬度介于原始态和780℃/3 h热处理之间。高温拉伸断裂位置均位于母材区域,650℃拉伸断口微观形貌呈韧性断裂特征,断口存在较多浅而小的韧窝。